Vi har i tidigare lektioner sett att magnetfält rent allmänt skapas av laddningar i rörelse, dvs av det vi kallar ström, och vi tittade särskilt på det magnetfält som bildas runt en rak, strömförande ledare. Eftersom en strömförande ledare alstrar ett magnetfält kring sig kommer den att ha magnetiska egenskaper. Det innebär att om vi placerar en strömförande ledare i ett annat, ”yttre” magnetfält kommer den, precis som en magnet, att påverkas av en magnetisk kraft.
Vi placerar en rak strömförande ledare mellan bladen på en hästskomagnet, dvs i ett yttre homogent magnetfält, enligt figuren nedan. Det yttre magnetfältets riktning är ut från nordpolen in till sydpolen. Det är markerat med en grön pil. Ledaren, och därmed strömmens riktning, är vinkelrät mot magnetfältets riktning och markeras med en blå pil. Det visar sig då att den magnetiska kraft $F_m$Fm som ledaren påverkas av är vinkelrät mot både fältets och strömmens riktning, och kommer i figuren vara riktad horisontellt utåt enligt den röda pilen.
Den magnetiska kraftens riktning
För att hålla koll på dessa riktningar kan vi använda ytterligare en så kallad högerhandsregel. Precis som tidigare sätts högerhandens tumme i strömriktningen och de övriga högerhandsfingrarna i magnetfältets riktning. Den magnetiska kraften på ledaren är då riktad ut från handflatan (som att du skulle trycka på något med handflatan). Eftersom dessa tre riktningar är vinkelräta mot varandra är det viktigt att handens fingrar är utsträckta och bildar en rät vinkel mot tummen.
Den magnetiska kraftens storlek
Kraftens storlek är proportionell mot strömmen $I$I i ledaren samt mot det yttre magnetfältets styrka $B$B. Detta gäller endast om magnetfältet och ledaren är vinkelräta, annars måste den vinkelräta komposanten $B_{\perp}$B⊥ användas. Vi skriver detta samband som:
$F_m=B_{\perp}Il$Fm=B⊥Il (kallas ibland BIL-formeln)
Detta innebär alltså att om strömmens riktning och magnetfältets riktning inte är vinkelräta från början måste vi komposantuppdela flödestätheten och endast räkna med den vinkelräta komposanten. $l$l betecknar längden av ledaren som befinner sig i det yttre magnetfältet.
Rita magnetfält
Vi vet sedan tidigare att man kan illustrera strömriktningen i en strömförande ledare på det här sättet:
Vi kan på liknande sätt illustrera riktningen hos ett magnetfält genom att rita kryss (riktning in i pappret) eller prickar (riktning ut ur pappret).
Exempel 1
En elektrisk ledare befinner sig i ett magnetfält enligt figuren. Då en ström går genom ledaren påverkas den av en magnetisk kraft. Bestäm kraftens storlek och riktning.
Lösning
Vi använder högerhandsregeln för att få kraftens riktning. Magnetfältet går ut ur papprets plan mot oss så vi tänker oss att vi riktar högra handens fingrar i den riktningen. Tummen ska peka i strömmens riktning, dvs åt höger i figuren. Detta gör att handflatan är riktad nedåt i figuren, och ledaren påverkas således av en kraft nedåt.
För att bestämma kraftens storlek använder vi sambandet för magnetisk kraft på en ledare i ett magnetfält:
$F_m=B_{\perp}Il=20\cdot10^{-3}\cdot2,3\cdot0,10=0,0046$Fm=B⊥Il=20·10−3·2,3·0,10=0,0046 N
Svar: Kraften är $4,6$4,6 mN, riktad rakt nedåt i figuren.
Exempel 2
En strömförande ledare befinner sig i ett magnetfält med flödestätheten $22$22 mT och längden $14$14 cm enligt figuren. Strömstyrkan är $3,2$3,2 A. Ledaren påverkas därmed av en magnetisk kraft. Hur stor är denna kraft, och hur är den riktad?
Lösning
Det är bara den komposant av magnetfältet som är vinkelrät mot strömriktningen som bidrar till kraften. Vi måste alltså komposantuppdela magnetfältet i en komposant vinkelrät mot strömriktningen, $B_{\perp}$B⊥, samt en komposant parallell med strömriktningen, $B_{\parallel}$B∥.
$B_{\perp}=B\cdot\sin48^{\circ}$B⊥=B·sin48∘
Vi kan nu beräkna kraften:
$F_m=B_{\perp}Il=B\cdot\sin48^{\circ}Il=$Fm=B⊥Il=B·sin48∘Il= $22\cdot10^{-3}\cdot\sin48^{\circ}\cdot3,2\cdot0,14=$22·10−3·sin48∘·3,2·0,14= $0,0073…$0,0073… N
För att bestämma kraftens riktning använder vi högerhandsregeln. Eftersom det är den vinkelräta komposanten av magnetfältet, $B_{\perp}$B⊥, som bidrar till kraften sätter vi högra handens fingrar i denna riktning, dvs rakt nedåt i figuren. Tummen sätts i strömriktningen. Detta ger att handflatan, och därmed kraften, är riktad rakt in i pappret.
Svar: Kraften är $7,3$7,3 mN riktad rakt in i papprets plan i figuren.
Kommentarer
██████████████████████████
████████████████████████████████████████████████████
e-uppgifter (3)
-
1. Premium
Figuren visar en strömförande ledare som befinner sig i ett homogent magnetfält. Bestäm riktningen på den magnetiska kraft som ledaren påverkas av.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
2. Premium
Figuren visar en strömförande ledare som befinner sig i ett homogent magnetfält. Bestäm riktningen på den magnetiska kraft som ledaren påverkas av.
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
3. Premium
Genom en rak ledare går en ström på $I=2,2\text{ }A$I=2,2 A. Ledaren befinner sig i ett $l=4,2\text{ }cm$l=4,2 cm långt magnetfält som har en magnetisk fältstyrka på $B=25\text{ }mT$B=25 mT. Ledaren är vinkelrät mot flödeslinjerna enligt figuren. Bestäm storleken på den magnetiska kraft som påverkar ledaren. Svara i mN med rätt antal värdesiffror.
Svar:Ditt svar:Rätt svar:(Korrekta varianter)Ger rätt svar {[{correctAnswer}]}Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar... -
c-uppgifter (1)
-
4. Premium
En strömförande ledare befinner sig i ett magnetfält med en flödestäthet på 18 mT och en längd på 9 cm enligt figuren. Strömstyrkan är 2.5 A och riktningen är markerad med en pil. Ledaren påverkas därmed av en magnetisk kraft. Hur stor är denna kraft och hur är den riktad?
Bedömningsanvisningar/Manuell rättningRätta själv Klicka i rutorna och bedöm ditt svar.-
-
Rättad
-
+1
-
Rättad
Rättar...
Endast Premium-användare kan kommentera.